Crédito:Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
A conversão solar em combustível oferece uma tecnologia promissora para resolver problemas de energia, no entanto, o desempenho do dispositivo pode ser limitado pela absorção indesejada da luz solar. Os pesquisadores mostram que o tiocianato de cobre pode ajudar no transporte de buracos em fotoeletrodos de óxido e permitir uma eficiência solar de 4,55 por cento para hidrogênio em dispositivos em tandem.
A separação fotoeletroquímica (PEC) da água para geração de combustível de hidrogênio tem sido considerada o Santo Graal da eletroquímica. Mas para alcançá-lo, muitos cientistas acreditam que os materiais devem ser abundantes e de baixo custo.
Os fotocátodos de óxido mais promissores são o óxido cuproso (Cu 2 O) fotoeletrodos. Em 2018 e 2019, pesquisadores da EPFL alcançaram desempenho de campeão com óxido cuproso, rivalizando com os fotocátodos baseados em semicondutores fotovoltaicos (PV).
Mas ainda faltava uma peça do quebra-cabeça. Mesmo Cu de última geração 2 Os fotocátodos ainda usam contatos traseiros metálicos (cobre ou ouro), permitindo considerável recombinação elétron-buraco. Outras desvantagens incluem alto custo e que o contato do metal não permite a passagem da luz solar não absorvida.
Agora, cientistas do EPFL mostram pela primeira vez, que o tiocianato de cobre (CuSCN) pode ser usado como uma camada de transporte de buraco transparente e eficaz (HTL) para Cu 2 O fotocátodos com desempenho geral aprimorado. A pesquisa foi liderada pelos professores Anders Hagfeldt, Michael Grätzel, e Kevin Sivula, do Instituto de Ciências Químicas e Engenharia da EPFL.
A análise detalhada em dois tipos de CuSCN mostrou que uma estrutura defeituosa pode ser benéfica para a condução do orifício. Além disso, devido ao alinhamento coincidente entre as bandas de valência de CuSCN e Cu 2 O, o transporte de buracos assistido por estados de cauda de banda em CuSCN foi descoberto para permitir uma condução de buraco suave enquanto bloqueia o transporte de elétrons de forma eficiente.
As vantagens ópticas do CuSCN foram ainda exibidas por meio de um tandem PEC-PV autônomo entregando uma eficiência solar para hidrogênio de 4,55 por cento. Esta eficiência (4,55 por cento por 12 h) é atualmente a mais alta entre todos os Cu 2 Tandems de absorvedor duplo com base em O.
O estudo apresenta um avanço claro e impressionante além do Cu de última geração 2 Ó fotocátodos, que podem contribuir e inspirar o desenvolvimento futuro no campo.
"Embora os números máximos sejam alcançados com o material de óxido neste trabalho, acreditamos que os valores mais elevados não estão longe, "diz Pan Lingfeng, o primeiro autor do artigo. "Pelo menos três aspectos não são ideais, mas melhorá-los é muito viável. O valor da eficiência está cada vez mais perto daquele que se pensava ser o limite para a comercialização. "
